集成電路的可靠性         集成電路可靠性是指半導(dǎo)體集成電路在一定的工作條件下(指一定的溫度、濕度、機械振動、電壓等)，在一定的時間內(nèi)能夠完成規(guī)定作用的幾率。

可靠性（Reliability）是對產(chǎn)品耐久力的測量, 我們主要典型的IC產(chǎn)品的生命周期可以用一條浴缸曲線（Bathtub Curve）來表示。

如上圖示意, 集成電路的失效原因大致分為三個階段：

Region (I) 被稱為早夭期（Infancy period）, 這個階段產(chǎn)品的失效率快速下降，造成失效的原因在于IC設(shè)計和生產(chǎn)過程中的缺陷；

Region (II) 被稱為使用期（Useful life period）, 這個階段產(chǎn)品的失效率保持穩(wěn)定，失效的原因往往是隨機的，比如溫度變化等等；

Region (III) 被稱為磨耗期（Wear-Out period） 這個階段產(chǎn)品的失效率會快速升高，失效的原因就是產(chǎn)品的長期使用所造成的老化等。

集成電路可靠性檢測適用于以下領(lǐng)域：

1、軍工級器件老化篩選

2、元器件壽命試驗

3、ESD等級、Latch_up測試評價

4、高低溫性能分析試驗

5、集成電路微缺陷分析

6、封裝缺陷無損檢測及分析

7、電遷移、熱載流子評價分析

使用壽命測試項目（Life test items）

EFR:早期失效等級測試（ Early fail Rate Test ）

目的：評估工藝的穩(wěn)定性，加速缺陷失效率，去除由于天生原因失效的產(chǎn)品

測試條件：在特定時間內(nèi)動態(tài)提升溫度和電壓對產(chǎn)品進行測試

失效機制：材料或工藝的缺陷，包括諸如氧化層缺陷，金屬刻鍍，離子玷污等由于生產(chǎn)造成的失效

參考標(biāo)準(zhǔn)：JESD22-A108-A、EIAJED- 4701-D101

HTOL/ LTOL：高/低溫操作生命期試驗（High/ Low Temperature Operating Life ）

目的：評估器件在超熱和超電壓情況下一段時間的耐久力

測試條件: 125℃，1.1VCC, 動態(tài)測試

失效機制：電子遷移，氧化層破裂，相互擴散，不穩(wěn)定性，離子玷污等

參考數(shù)據(jù)：125℃條件下1000小時測試通過IC可以保證持續(xù)使用4年，2000小時測試持續(xù)使用8年；150℃ 1000小時測試通過保證使用8年，2000小時保證使用28年

參考標(biāo)準(zhǔn)：MIT-STD-883E Method 1005.8、JESD22-A108-A、EIAJED- 4701-D101

環(huán)境測試項目（Environmental test items）

PRE-CON：預(yù)處理測試（ Precondition Test ）

目的：模擬IC在使用之前在一定濕度，溫度條件下存儲的耐久力，也就是IC從生產(chǎn)到使用之間存儲的可靠性

THB：加速式溫濕度及偏壓測試（Temperature Humidity Bias Test ）

目的：評估IC產(chǎn)品在高溫，高濕，偏壓條件下對濕氣的抵抗能力，加速其失效進程

測試條件：85℃，85%RH, 1.1 VCC, Static bias

失效機制：電解腐蝕

參考標(biāo)準(zhǔn)：JESD22-A101-D、EIAJED- 4701-D122

高加速溫濕度及偏壓測試（HAST: Highly Accelerated Stress Test ）

目的：評估IC產(chǎn)品在偏壓下高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度的抵抗能力，加速其失效過程

測試條件：130℃， 85%RH, 1.1 VCC, Static bias，2.3 atm

失效機制：電離腐蝕，封裝密封性

參考標(biāo)準(zhǔn)：JESD22-A110

PCT：高壓蒸煮試驗 Pressure Cook Test (Autoclave Test)

目的： 評估IC產(chǎn)品在高溫，高濕，高氣壓條件下對濕度的抵抗能力，加速其失效過程

測試條件：130℃， 85%RH, Static bias，15PSIG（2 atm）

失效機制：化學(xué)金屬腐蝕，封裝密封性

參考標(biāo)準(zhǔn)：JESD22-A102、EIAJED- 4701-B123

*HAST與THB的區(qū)別在于溫度更高，并且考慮到壓力因素，實驗時間可以縮短，而PCT則不加偏壓，但濕度增大。

TCT：高低溫循環(huán)試驗（Temperature Cycling Test ）

目的：評估IC產(chǎn)品中具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬之間的界面的接觸良率。方法是通過循環(huán)流動的空氣從高溫到低溫重復(fù)變化

測試條件：

Condition B:-55℃ to 125℃

Condition C: -65℃ to 150℃

失效機制：電介質(zhì)的斷裂，導(dǎo)體和絕緣體的斷裂，不同界面的分層

參考標(biāo)準(zhǔn)：MIT-STD-883E Method 1010.7、JESD22-A104-A、EIAJED- 4701-B-131

TST：高低溫沖擊試驗（Thermal Shock Test ）

目的：評估IC產(chǎn)品中具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬之間的界面的接觸良率。方法是通過循環(huán)流動的液體從高溫到低溫重復(fù)變化

測試條件：

Condition B: - 55℃ to 125℃

Condition C: - 65℃ to 150℃

失效機制：電介質(zhì)的斷裂，材料的老化（如bond wires）, 導(dǎo)體機械變形

參考標(biāo)準(zhǔn)：MIT-STD-883E Method 1011.9、JESD22-B106、EIAJED- 4701-B-141

* TCT與TST的區(qū)別在于TCT偏重于package 的測試，而TST偏重于晶園的測試

HTST：高溫儲存試驗（High Temperature Storage Life Test ）

目的：評估IC產(chǎn)品在實際使用之前在高溫條件下保持幾年不工作條件下的生命時間

測試條件：150℃

失效機制：化學(xué)和擴散效應(yīng)，Au-Al 共金效應(yīng)

參考標(biāo)準(zhǔn)：MIT-STD-883E Method 1008.2、JESD22-A103-A、EIAJED- 4701-B111

可焊性試驗（Solderability Test ）

目的：評估IC leads在粘錫過程中的可靠度

測試方法：

Step1：蒸汽老化8 小時

Step2：浸入245℃錫盆中 5秒

失效標(biāo)準(zhǔn)（Failure Criterion）：至少95％良率

具體的測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)：MIT-STD-883E Method 2003.7、JESD22-B102

SHT Test:焊接熱量耐久測試（ Solder Heat Resistivity Test ）

目的：評估IC 對瞬間高溫的敏感度

測試方法：侵入260℃ 錫盆中10秒

失效標(biāo)準(zhǔn)（Failure Criterion）：根據(jù)電測試結(jié)果

具體的測試條件和估算結(jié)果可參考以下標(biāo)準(zhǔn)：MIT-STD-883E Method 2003.7、EIAJED- 4701-B106

耐久性測試項目（Endurance test items ）

周期耐久性測試（Endurance Cycling Test ）

目的：評估非揮發(fā)性memory器件在多次讀寫算后的持久性能

Test Method：將數(shù)據(jù)寫入memory的存儲單元，在擦除數(shù)據(jù)，重復(fù)這個過程多次

測試條件：室溫，或者更高，每個數(shù)據(jù)的讀寫次數(shù)達到100k~1000k

參考標(biāo)準(zhǔn)：

MIT-STD-883E Method 1033

數(shù)據(jù)保持力測試（Data Retention Test）

目的：在重復(fù)讀寫之后加速非揮發(fā)性memory器件存儲節(jié)點的電荷損失

測試條件：在高溫條件下將數(shù)據(jù)寫入memory存儲單元后，多次讀取驗證單元中的數(shù)據(jù)

失效機制：150℃

參考標(biāo)準(zhǔn)：MIT-STD-883E Method 1008.2、MIT-STD-883E Method 1033